正面刚性壁试验的设计参数图案例应用案例分析

一辆按照NCAP条件进行正面刚性壁试验的轿车，碰撞速度为56.3km/h，计划重叠吸能率为53%，约束系统计划吸收能量Eo=57.7J/kg，可用的结构压缩量C=480mm，胸部加速度设计目标值为35g。已经根据重叠吸能控制准则求得乘员相对于车体的最大位移量Dov为280mm，现求解子系统的设计参数。

图4.31　案例分2的参量计算

构造能量梯形：根据式（4.56）、式（4.57）可求得：w=50mm，比刚度k=152g/m。

安全带限力器选择在3000N水平，50%人体上肢质量取18.31kg，因此G1=F1/m=17g，Dl=110mm，Ds=230mm。安全气囊的压缩深度D=Ds−Dl=120mm，如图4.31所示。另外，乘员相对于地面的位移量为Dg=Dov+C=760mm。

为概念设计定义其他初始变量：Vs=0.0392m3，ps=137977Pa，A=0.14m2，D=120mm。将上述参数代入式（4.64）与式（4.67），得：

由公式（4.75），有：

如果采用双孔布置，则每个孔的直径为：

TTF可以由公式（4.76）计算。根据C、Dg边界值，求得∆ESW=(26−16.43)g=9.57g。由式（4.76）得：

转向柱设计参数：

转向柱的压溃行程：

用梯形能量分析法可以在概念设计阶段快速估算约束系统的吸能需求，确定约束系统与车体的耦合方案，分解约束子系统的外特性目标。在已有车型的系统升级工作中，可用梯形能量分析法寻找性能改进的入手点。梯形能量解析方法不能代替CAE模型进行精准的参数优化，但是可以帮助工程师把握整体的工作方向。解析分析的主要目的是：保证把乘员的总碰撞能量在正确的时间分配到正确的吸能系统里。如果能量总体分配不正确，则局部微调的效果往往会是顾此失彼。如果没有事先进行概念解析，则参数精调的另外一个解决办法是把所有多水平参数同时放入总体CAE模型，按照试验设计方案进行优化运算，可以想象，其运算量将非常巨大。解析工具的价值不在于精确计算绝对量，而在于能够宏观掌握各个设计变量之间的联动关系，分析各个物理量之间的比例影响（见图4.32），其正确的运用方法应该是与仿真分析工具的微观分析相辅相成、长短互补。